大学物理教学中引入物理学史的点滴体会

毕冬梅，赵利军，支 文

(长春大学 理学院，吉林 长春 1320022)

大学物理教学中引入物理学史的点滴体会

毕冬梅，赵利军，支 文

(长春大学 理学院，吉林 长春 1320022)

在大学物理教学过程中，物理学史对物理教育有重要的作用。教师在教授学生物理知识的同时，一定要引入物理学史的教育，其教育作用表现为：深化对知识的理解、可以使学生树立正确的人生观和价值观、教学生动。

大学物理;物理学史;教育功能

物理学是自然科学的一个重要分支，是一门独具思维方式的基础学科，其教学在教育领域占有非常重要的地位。关于物理学史在物理教学中所起的重要作用，已经被国内外物理学家、教育家和广大物理教师所认可。在科学史公认的许多功能中，其教育功能是最重要的一项。随着物理学史教学和物理学史知识的普及，物理学史的教育功能从许多方面显现出来，被越来越多的物理教师所感知［1］。有许多文章讨论关于物理学史对于大学物理教学的作用。普遍认为物理学史对于大学物理教学有下列作用：培养科学思维，优化教学过程，激发学生学习兴趣，科学的学习方法，提高人文素养，树立哲学理念，接受美学熏陶，辩证教学关系，借鉴历史经验［2］。笔者结合自己的教学经验得出大学物理教学中引入物理学史的几点体会。物理学史在大学物理教学中有下面的三个作用：深化对知识的理解、使学生树立正确的人生观和价值观、教学生动。

1 物理学史的作用

1.1 深化对知识的理解

把卢瑟福从“α粒子散射实验”中得到“原子的核式结构”模型这一重要的历史发现生动地再现给学生们，说明卢瑟福为什么能从“α粒子散射实验”中得出原子的核式结构”模型，使他们能够感受到当时生动的历史面，进而真正地理解“原子的核式结构”模型，从而加深对知识的理解，进而深深地爱好我们的物理学，物理学也不是晦涩的，每一个理论环节都蕴涵着惊心动魄的故事。

1980年，卢瑟福荣获诺贝尔化学奖。他在领奖时发言的讲题是：《放射性物质α粒子的化学性质》。当时卢瑟福面临：α粒子通过物质时的各种现象将如何说明并解释。卢瑟福在有些学生的多方协助下着手攻关。E.马斯登是其中的一个，这时他碰巧看到α粒子没有按直线或近于直线的路线行进，而是被物质偏转，偏转的角度还很可观。当E.马斯登把所看到的现象报告卢瑟福时，这位教授要他把实验重做一遍加以证实，结果是偏转之大使卢瑟福大为惊奇。他后来在提到这件事的时候，说是就象有人告诉他“用手枪射击一张纸，枪弹竟然被弹了回来”一样［3］。

如果原子的均匀模型成立，“α粒子散射实验”中α粒子被物质偏转，存在偏转的角度还很可观的情况就如同“用手枪射击一张纸，枪弹竟然被弹了回来”一样，这是很形象的比喻。这样，学生会从中得到如何进行思考，并且加深对物理知识的理解。能深刻理解卢瑟福为什么能从“α粒子散射实验”中知道了原子的核式结构。

1.2 使学生树立正确的人生观和价值观

现在已经进入21世纪，在大学物理教育中，教师必须认识到在传授给学生知识的同时，要培养学生各方面的素质。要注意智商和情商的双重培养。要教学生如何做人，即培养正确的价值观和人生观，树立积极向上的生活态度。要培养学生的人文素质、科学素质、创造素质和思想道德素质等［4］。

物理学史表明了物理学发展过程，其中涉及许多科学家和他们的科学成果。将物理学史上与物理教学内容相关的资料吸入课堂可以帮助学生建立正确的人生观和价值观，如在讲原子核物理时，讲讲居里夫人这一伟大形象，居里夫人一生获得两次诺贝尔奖，第一次是在她的大女儿伊丽芙居里出生不到一年，第二次是在她丈夫皮埃尔居里因车祸去世后三个月，作为女性在人生的挑战面前她能够执着地工作并取得了非凡的成就［5］。居里夫人后来长期患恶性贫血病。她和居里先生肯定在工作中遭受了大剂量的辐射，弗列德利克·约里奥曾检验过她当年的实验记录本，发现全部严重沾染了放射物。她当年用过的烹调书，50年后再检查，还有放射性。1934年居里夫人在经过长期贫血病折磨后去世。他的女儿伊伦和女婿弗列德利克·约里奥也因恶性贫血症相继于1956年和1958年去世。居里的一家向人类贡献了镭，他们自己却被镭夺去了宝贵的生命［6］。居里之所以把自己的一切都献身给了科学事业，是源于他们对科学的热爱。作为现代的大学生，应该如何面对自己的人生?从居里一家感人的事迹中，一定会引起学生们深深的思考，使他们树立献身科学，献身于探索大自然的奥秘之中。

1.3 教学生动

在讲授和教学内容相关的人物时，可以讲一讲一些有趣的事件，能使教学生动，但是讲的内容必须真实，不能自己捏造一些假的“轶事”。

讲授原子物理时，可以讲一讲电子的发现者J.J.汤姆生的轶事。电子的发现在物理学史乃至自然科学史上占有重要地位。1897年J.J.汤姆生在研究阴极射线的特性时设计了著名的测定荷质比的实验，这样J. J.汤姆生终于发现了电子的存在，阴极射线实际上是电子流［7］。电子的发现轰动了整个物理学界，就撬开了原子的大门，使人们逐渐认识到原子有其自身的结构。可以对汤姆生这电子发现者作简单的介绍。一八八四年，瑞利讲学五年任满，辞去了卡文迪许教授的席位。汤姆生申请继任。那时他才28岁，并不真正期望获选。然而他获选了，大出他本人的意料之外。选他的人，有的也许纯属机缘，有的却可能真是确有远见卓识。汤姆生自己却说：“我觉得自己象是一个渔夫，偶然在一处不象会有鱼的水面上用轻便的钓竿垂钓，竟钓着了一尾大鱼，它大得使钓竿提不起来。我从象瑞利勋爵这样的大人物那里接过讲座的职位，遇到的是渔夫式的难题［8］。”他的儿子G.P.汤姆生因为电子衍射实验获诺贝尔物理学奖，而他因为电子的发现获诺贝尔奖，父子二人的获奖都和电子有关，这是历史上惊人的巧合。父亲研究的是粒象，儿子研究的是波象。他们父子之间曾一定进行过激烈而有趣的讨论。顺便提一下，获诺贝尔奖的父子还有布拉格父子、玻尔父子、居里夫人母女。

薛定谔在建立波动方程时，其对波函数的物理意义自己都解释错了。后来由M.波恩提出波函数的统计解释。诺贝尔化学奖获得者德拜的青年助手W.休克尔写过一首四行诗，很好地表达了Ψ的用途和它令人困惑的情况：“先生有普赛，运算殊无碍。普赛究云何?浑忘作交待［9］。”这是对波函数最初所处的地位给出了多么形象的比喻。

在教学中穿插一些有关的物理学史，教学就不会晦涩，使课程更加生动，充分调动学生的积极性。

2 生动地再现当时的物理事件

物理学史的引入要生动地再现当时的物理事件，关于量子论发展史更像一个传奇，由一个不起眼的线索开始，曲径通幽，渐渐地落英缤纷，乱花迷眼。正在没个头绪处，突然间峰回路转，天地开阔，如河出伏流，一泄汪洋。然而还未来得及一览美景，转眼又大起大落，误入白云深处不知归路。量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念。这是笔者从网上查找的一段文字，很精彩地概述了量子力学的发展，学生会深深地受到感染，如果把物理学史用生动的语言讲出来，会起到事半功倍的作用。同学们在物理知识的海洋中航行时会闻到艺术之花的芳香。中子的发现、能量子的发现、正电子的发现都包含着生动而激动人心的故事。教师应该在教学中生动而真实地引入物理学史，生动地再现当时的物理事件。

3 物理教师要主动学习物理学史

物理学史对于大学物理的教学是十分重要的，作为大学物理教师就应该积极主动地学习物理学史。而且对于其它学科的历史也应该了解一些，他们之间是相互关联的。例如微积分的产生和物理是相关的，物理中用到的许多数学知识，已经先于物理理论产生了，例如广义相对论用到的“黎曼几何”，数学早已为其准备了工具。例如化学史和物理学史是相关联的。元素的周期率可以解释一切化学反应，但是它唯一不能解释的是它本身，只有用量子力学才能对其进行解释。与授课内容相关的资料要从各方面寻找，不能偏听偏信。这样才能给学生一个良好的学习环境。提供学习的榜样。

［1］ 杨军，张旭峰，徐继开.物理学史与素质教育［J］.山西高等学校社会科学学报，2003，15(9)：111-113.

［2］ 蔡铁权.物理学史与物理教育［J］.浙江师大学报(自然科学版)，2000，23(3)：245-252.

［3］ 艾米里奥·塞格莱著;刘祖慰，译.物理名人和物理发现［M］.上海：知识出版社，1986.

［4］ 蔡志凌.物理学史的教育功能［J］.安徽师范大学学报(自然科学版)，2003，26(2)：143-145.

［5］ 韩立新.改进物理课堂教学全面实施素质教育［J］.青岛大学学报，2000，13(3)：167-169.

［6］ 郭奕玲，沈慧君.诺贝尔物理学奖一百年［M］.上海：上海科学普及出版社，2002.

［7］ 吴景彦.物理学史上的科学家［M］.北京：劳动人事出版社，1988.

［8］ 艾米里奥·塞格莱.物理名人和物理发现［M］.上海：知识出版社，1986.

责任编辑：刘 琳

Some ideas about introducing physics history in college physics teaching

BI Dong-mei，ZHAO Li-jun，ZHI Wen
(College of Science，Changchun University，Changchun 130022，China)

Physics history plays an important role in college physics education.Teachers should pay attention to the education of physics history while teaching the knowledge of physics，which has such functions as the deepening of understanding knowledge，guiding students to build up outlooks on life and value.

college physics;physics history;educational function

O4-09;G642.0

A

1009-3907(2010)06-0108-03

2009-09-10

“十一五”国家课题(FZB070335-A3-01)

毕冬梅(1969-)，女，吉林白山人，副教授，主要从事物理教育方面研究。